Зиготность

Степень сходства аллелей в организме

Гомозиготный и гетерозиготный

Схематическая кариограмма человека, показывающая диплоидный набор всех хромосом, за исключением половых хромосом у мужчин (внизу справа), где есть X-хромосома и гораздо меньшая Y-хромосома , которая не имеет всех генов, имеющихся в X-хромосоме, что делает мужчину гемизиготным по этим генам.

Зиготность (существительное зигота происходит от греческого zygotos «запряженный», от zygon «ярмо») ( / z aɪ ˈ ɡ ɒ s ɪ t i / ) — это степень, в которой обе копии хромосомы или гена имеют одинаковую генетическую последовательность. Другими словами, это степень сходства аллелей в организме.

Большинство эукариот имеют два соответствующих набора хромосом ; то есть они диплоидны . Диплоидные организмы имеют одни и те же локусы на каждом из своих двух наборов гомологичных хромосом, за исключением того, что последовательности в этих локусах могут различаться между двумя хромосомами в соответствующей паре, и что несколько хромосом могут быть несовпадающими как часть хромосомной системы определения пола . Если оба аллеля диплоидного организма одинаковы, организм гомозиготен в этом локусе. Если они различны, организм гетерозиготен в этом локусе. Если один аллель отсутствует, он гемизиготный, а если отсутствуют оба аллеля, он нуллизиготный.

Последовательность ДНК гена часто различается у разных людей. Эти варианты генов называются аллелями . В то время как некоторые гены имеют только один аллель, поскольку вариации невелики, другие имеют только один аллель, поскольку отклонение от этого аллеля может быть вредным или фатальным. Но большинство генов имеют два или более аллелей. Частота различных аллелей варьируется в пределах популяции. Некоторые гены могут иметь аллели с равным распределением. Часто различные вариации в генах вообще не влияют на нормальное функционирование организма. Для некоторых генов один аллель может быть распространенным, а другой аллель может быть редким. Иногда один аллель является вариацией, вызывающей заболевание , в то время как другой аллель является здоровым. ^{[ необходима цитата ]}

В диплоидных организмах один аллель наследуется от мужского родителя, а другой — от женского. Зиготность — это описание того, имеют ли эти два аллеля идентичные или разные последовательности ДНК. В некоторых случаях термин «зиготность» используется в контексте одной хромосомы. ^[1]

Типы

Слова гомозиготный , гетерозиготный и гемизиготный используются для описания генотипа диплоидного организма в одном локусе ДНК. Гомозиготный описывает генотип, состоящий из двух идентичных аллелей в данном локусе, гетерозиготный описывает генотип, состоящий из двух различных аллелей в локусе, гемизиготный описывает генотип, состоящий только из одной копии определенного гена в диплоидном организме, а нулизиготный относится к диплоидному организму, в котором отсутствуют обе копии гена. ^{[ необходима цитата ]}

Гомозиготный

Клетка считается гомозиготной по определенному гену, когда идентичные аллели гена присутствуют на обеих гомологичных хромосомах . ^[2]

Индивид, который является гомозиготным-доминантным по определенному признаку, несет две копии аллеля, который кодирует доминантный признак . Этот аллель, часто называемый «доминантным аллелем», обычно представлен заглавной формой буквы, используемой для соответствующего рецессивного признака (например, «P» для доминантного аллеля, производящего фиолетовые цветы у растений гороха). Когда организм является гомозиготным-доминантным по определенному признаку, его генотип представлен удвоением символа для этого признака, например, «PP».

Индивид, который является гомозиготным-рецессивным по определенному признаку, несет две копии аллеля, который кодирует рецессивный признак . Этот аллель, часто называемый «рецессивным аллелем», обычно представлен строчной формой буквы, используемой для соответствующего доминантного признака (например, в отношении приведенного выше примера «p» для рецессивного аллеля, производящего белые цветы у растений гороха). Генотип организма, который является гомозиготным-рецессивным по определенному признаку, представлен удвоением соответствующей буквы, например, «pp».

Гетерозиготный

Диплоидный организм гетерозиготен в локусе гена, когда его клетки содержат два разных аллеля ( один аллель дикого типа и один мутантный аллель) гена. ^[3] Клетка или организм называется гетерозиготой конкретно для рассматриваемого аллеля, и, следовательно, гетерозиготность относится к определенному генотипу. Гетерозиготные генотипы представлены заглавной буквой (представляющей доминантный/дикий тип аллеля) и строчной буквой (представляющей рецессивный/мутантный аллель), как в «Rr» или «Ss». Альтернативно, гетерозигота для гена «R» предполагается как «Rr». Заглавная буква обычно пишется первой.

Если рассматриваемый признак определяется простым (полным) доминированием, гетерозигота будет выражать только признак, кодируемый доминантным аллелем, а признак, кодируемый рецессивным аллелем, присутствовать не будет. В более сложных схемах доминирования результаты гетерозиготности могут быть более сложными.

Гетерозиготный генотип может иметь более высокую относительную приспособленность, чем гомозиготный доминантный или гомозиготный рецессивный генотип — это называется преимуществом гетерозиготы .

Гемизиготный

Хромосома в диплоидном организме является гемизиготной, когда присутствует только одна копия. ^[2] Клетка или организм называются гемизиготой . Гемизиготность также наблюдается, когда одна копия гена удалена, или, в гетерогаметном поле , когда ген расположен на половой хромосоме. Гемизиготность не то же самое, что гаплонедостаточность , которая описывает механизм получения фенотипа. Для организмов, в которых самец является гетерогаметным, таких как люди, почти все гены, сцепленные с Х-хромосомой, являются гемизиготными у самцов с нормальными хромосомами, потому что у них есть только одна Х-хромосома и несколько таких же генов находятся на Y-хромосоме . Трансгенные мыши, полученные с помощью микроинъекции экзогенной ДНК в пронуклеус эмбриона, также считаются гемизиготными, потому что ожидается, что введенный аллель будет включен только в одну копию любого локуса. Трансгенную особь впоследствии можно скрестить до гомозиготности и поддерживать в качестве инбредной линии, чтобы уменьшить необходимость подтверждения генотипа каждой особи.

В культивируемых клетках млекопитающих, таких как линия клеток яичников китайского хомячка , ряд генетических локусов присутствуют в функциональном гемизиготном состоянии из-за мутаций или делеций в других аллелях. ^[4]

Нуллизиготный

Нуллизиготный организм несет два мутантных аллеля для одного и того же гена. Мутантные аллели оба являются аллелями с полной потерей функции или «нулевыми», поэтому гомозиготный нуль и нульзиготный являются синонимами. ^[2] Мутантная клетка или организм называется нульзиготой .

Аутозиготный и аллозиготный

Зиготность может также относиться к происхождению(ям) аллелей в генотипе. Когда два аллеля в локусе происходят от общего предка путем неслучайного спаривания ( инбридинга ), генотип называется аутозиготным . Это также известно как «идентичность по происхождению» или IBD. Когда два аллеля происходят из разных источников (по крайней мере, в той степени, в которой можно проследить происхождение), генотип называется аллозиготным . Это известно как «идентичность по состоянию» или IBS. ^{[ необходимо разъяснение ]}

Поскольку аллели аутозиготных генотипов происходят из одного источника, они всегда гомозиготны, но аллозиготные генотипы также могут быть гомозиготными. Гетерозиготные генотипы часто, но не обязательно, аллозиготны, поскольку разные аллели могли возникнуть в результате мутации через некоторое время после общего источника. Гемизиготные и нуллизиготные генотипы не содержат достаточно аллелей, чтобы можно было сравнивать источники, поэтому эта классификация для них нерелевантна.

Монозиготные и дизиготные близнецы

Как обсуждалось выше, «зиготность» может использоваться в контексте определенного генетического локуса (пример ^[5] ). Слово «зиготность» может также использоваться для описания генетического сходства или несходства близнецов. ^[6] Идентичные близнецы являются монозиготными , что означает, что они развиваются из одной зиготы, которая разделяется и образует два эмбриона. Разнояйцевые близнецы являются дизиготными , потому что они развиваются из двух отдельных ооцитов (яйцеклеток), которые оплодотворяются двумя отдельными сперматозоидами . Полуторазиготные близнецы находятся на полпути между монозиготными и дизиготными и, как полагают, возникают после того, как два сперматозоида оплодотворяют один ооцит, который впоследствии разделяется на две морулы . ^[7]

Медицина и болезни

Зиготность является важным фактором в медицине человека. Если одна копия существенного гена мутирует, (гетерозиготный) носитель обычно здоров. Однако более 1000 человеческих генов, по-видимому, требуют обеих копий, то есть одной копии недостаточно для здоровья. Это называется гаплонедостаточностью . ^[8] Например, одна копия гена Kmt5b приводит к гаплонедостаточности и вызывает дефицит развития скелетных мышц . ^[9]

Гетерозиготность в популяционной генетике

Значения гетерозиготности 51 мировой популяции людей. ^[10] Жители стран Африки к югу от Сахары имеют самые высокие значения в мире.

В популяционной генетике понятие гетерозиготности обычно распространяется на популяцию в целом, то есть на долю особей в популяции, которые гетерозиготны по определенному локусу. Оно также может относиться к доле локусов внутри особи, которые гетерозиготны.

В смешанной популяции , члены которой происходят от двух или более отдельных источников, доказано, что ее гетерозиготность по крайней мере такая же большая, как у наименее гетерозиготной исходной популяции и потенциально больше, чем гетерозиготность всех исходных популяций. Она отражает вклад ее многочисленных предковых групп. Смешанные популяции показывают высокий уровень генетической изменчивости из-за слияния исходных популяций с различными генетическими вариантами. ^[11]

Обычно сравниваются наблюдаемая ( ) и ожидаемая ( ) гетерозиготность, определяемая следующим образом для диплоидных особей в популяции: ${\displaystyle H_{o}}$ ${\displaystyle H_{e}}$

Наблюдаемый

${\displaystyle H_{o}={\frac {\sum \limits _{i=1}^{n}{(1\ {\textrm {if}}\ a_{i1}\neq a_{i2})}}{n}}}$

где — число особей в популяции, а — аллели особи в целевом локусе. ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle a_{i1},a_{i2}}$ ${\displaystyle i}$

Ожидал

${\displaystyle H_{e}=1-\sum \limits _{i=1}^{m}{(f_{i})^{2}}}$

где — число аллелей в целевом локусе, — частота аллеля в целевом локусе. ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle f_{i}}$ ${\displaystyle i^{th}}$

Смотрите также

• Гетерозис
• Преимущество гетерозиготы
• Потеря гетерозиготности
• Разнообразие нуклеотидов измеряет полиморфизм на уровне нуклеотидов, а не на уровне локусов.
• Псевдосвязь
• Прогоны гомозиготности (ROH)

Ссылки

1. Карр, Мартин; Коттон, Сэмюэл; Роджерс, Дэвид В.; Помянковски, Эндрю; Смит, Хейзел; Фаулер, Кевин (2006). «Определение пола стебельчатоглазых мух до взрослой стадии с использованием морфологии генитального диска и зиготности Х-хромосомы». BMC Developmental Biology . 6 (1). Springer Nature: 29. doi : 10.1186/1471-213x-6-29 . ISSN  1471-213X. PMC  1524940. PMID  16780578 .
2. Лоуренс, Элинор (2008). Биологический словарь Хендерсона (14-е изд.).
3. Лодиш, Харви и др. (2000). "Глава 8: Мутации: типы и причины". Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). WH Freeman. ISBN 9780716731368.
4. Гупта, Радхей С.; Чан, Дэвид ЙХ; Симинович, Луис (1978). «Доказательства функциональной гемизиготности в локусе Emtr в клетках CHO посредством анализа сегрегации». Cell . 14 (4). Elsevier BV: 1007–1013. doi :10.1016/0092-8674(78)90354-9. ISSN  0092-8674. PMID  688393. S2CID  46331900.
5. Pujol, C.; Messer, SA; Pfaller, M.; Soll, DR (2003-04-01). «Лекарственная устойчивость не зависит напрямую от зиготности локуса типа спаривания у Candida albicans». Антимикробные агенты и химиотерапия . 47 (4). Американское общество микробиологии: 1207–1212. doi :10.1128/aac.47.4.1207-1212.2003. ISSN  0066-4804. PMC 152535. PMID 12654648  . 
6. Страхан, Том; Рид, Эндрю П. (1999). "Глава 17". Молекулярная генетика человека (2-е изд.).
7. Gabbett MT, Laporte J, Sekar R и др. Молекулярная поддержка гетерогонеза, приводящего к образованию полуторазиготных близнецов. N Engl J Med. 2019;380(9):842‐849. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1701313
8. Хуан, Ни; Ли, Инсук; Маркотт, Эдвард М.; Херлз, Мэтью Э. (2010-10-14). «Характеристика и прогнозирование гаплонедостаточности в геноме человека». PLOS Genetics . 6 (10): e1001154. doi : 10.1371/journal.pgen.1001154 . ISSN  1553-7404. PMC 2954820. PMID  20976243 . 
9. Hulen, Jason; Kenny, Dorothy; Black, Rebecca; Hallgren, Jodi; Hammond, Kelley G.; Bredahl, Eric C.; Wickramasekara, Rochelle N.; Abel, Peter W.; Stessman, Holly AF (2022). "KMT5B требуется для раннего развития моторики". Frontiers in Genetics . 13 : 901228. doi : 10.3389/fgene.2022.901228 . ISSN  1664-8021. PMC 9411648. PMID 36035149  . 
10. Лопес Эрраес, Дэвид; Боше, Марк; Тан, Кун; Теунерт, Кристоф; Пугач, Ирина; Ли, Цзин; и др. (18.11.2009). Хоукс, Джон (ред.). «Генетическая изменчивость и недавний положительный отбор в популяциях людей во всем мире: доказательства из почти 1 миллиона однонуклеотидных полиморфизмов». PLOS ONE . 4 (11). Публичная научная библиотека (PLoS): e7888. Bibcode : 2009PLoSO...4.7888L. doi : 10.1371/journal.pone.0007888 . ISSN  1932-6203. PMC 2775638. PMID  19924308 . 
11. "(PDF) О гетерозиготности смешанной популяции".

Внешние ссылки

• Медиа, связанные с зиготностью на Wikimedia Commons